Опорный магнитный узел Советский патент 1985 года по МПК F16C32/04 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для разгрузки подшипника, и может быть использовано в высокоскоростных устройствах: центрифугах, моторах, накопителях энергии и т. п., Известен комбинированный опорный узел, где применены магнитные подшипники (радиальные или упорные) совместно с механическими упорами. Последние устанавливают по осям неустойчивого равновесия магнитных подшипников 1. Недостатком этого опорного узла является то, что нагрузка, приложенная к подвешенному телу, в полной мере передается на механические упоры и соответственно способствует их быстрому износу, вызывая при этом потери энергии на трение и создавая моменты сопротивления вращению. .Наиболее близким к изобретению по технической суш,ности и достигаемому результату является магнитный подвес, содержаший вал, смонтированный в корпусе на ра-20 диальных магнитных подшипниках, снабженных осевыми механическими упорами, и подвижное звено (оно же подвешенное тело), посаженное на валу подвижно относительно него в осевом направлении и за-25 фиксированное в этом направлении относительно корпуса посредством упорных магнитных подшипников 2. Осевые упоры в этом устройстве нагружаются лишь силами сопротивления (трения) перемешению подвижного звена вдоль30 вала, и хотя эти силы во много раз меньше сил, приложенных к подвешенному телу, они все же способствуют износу механических упоров. Кроме того, нежелательно присутствие подвижного контактного сопряжения между валом и подвижным звеном, так35 как при высоких скоростях вращения это создает опасность появления люфтов, дисбаланса, вибрации и разрушения. Цель изобретения - увеличение ресурса работы -и улучшение динамических ха-до рактеристик. Указанная цель достигается тем, что опорный магнитный узел, содержащий вал, смонтированный в корпусе посредством радиальных магнитных подшипников и осевых механических упоров, а также смонтированное на валу подвижное звено, зафиксированное посредством упорного магнитного подщипника, снабжен компенсирующим устройством, размещенным между валом и упорным магнитным подшипником игп выполненным из двух концентрично расположенных кольцевых постоянных магнитов, радиально намагниченных в противоположных направлениях, внешний магнит жестко, закреплен в центральной части подвижного звена, а внутренний - на валу, подвижное55 звено соединено с валом посредством по меньшей мере двух параллельных упругих пластин, установленных перпендикулярно оси вала, жестко соединенных с валом и с подвижным звеном. Подвижное звено имеет по отношению к валу такое осевое положение, при котором осевые составляюш,ие радиальных магнитных сил отталкивания в зазоре уравновешены и, следовательно, равны нулю, а при отклонении от этого положения в любую сторону появляется осевая магнитная сила, направленная в сторону отклонения, создающая отрицательную жесткос- ь, равную компенсируемой жесткости упругих направляюш,их. На чертеже изображен опорный магнитный узел, сечение по оси вала, Опорный магнитный узел содержит вал 1 радиальные магнитные подшипники 2, осевые механические упоры 3, подвижное звено (подвешенное тело) 4, соединенное с валом 1 посредством упругих направляющих 5, т. е. подвижно в осевом направлении, постоянный магнит 6 компенсирующей системы, жестко связанный с подвижным звеном 4, магнит 7 компенсирующей системы, жестко связанный с валом 1. На подвижном звене 4 закреплен кольцевой постоянный магнит упорного магнитного подшипника 8, который фиксирует подвижное звено 4 относительно неподвижного основания (корпуса), При отсутствии действия на подвижное звено 4 внешних сил радиальные магнитные подшипники 2 центрируют вал 1 радиально, в осевых же направлениях он фиксирован механическими упорами 3 в положении неустойчивого равновесия, т. е. в положении, когда осевые магнитные силы радиальных магнитных подшипников 2 на механические упоры 3 ,не действуют. Вместе с валом 1 через посредство упругих направляющих 5 радиально центрируется и подвижное звено 4 (подвешенное тело), которое в осевых направлениях фиксируется относительно неподвижного основания упорным магнитным прдшипником 8. При этом суммарная радиальная жесткость радиальных магнитных подшипников 2 должна быть больше отрицательной (радиальной) жесткости упорного магнитного подшипника 8 на величину, обеспечивающую противодействие ожидаемым радиальным нагрузкам на подвижное звено 4. Упругие направляющие 5 в данном случае не нагружены, постоянные магниты 6 и 7 компенсирующей системы занимают положение осевого неустойчивого равновесия, т. е. положение, когда их осевые магнитные силы взаимно уравновешены, В случае приложения к подвижному звену 4 внешних осевых сил, последние будут смещать его (в пределах рабочего зазора) до наступления равновесия сил внешних и магнитных (упорного магнитного подшипника 8). При этом в силу того, что осевые перемещения вала 1 ограничены механическими упорами 3, упругие направляющие будут испытывать осевой прогиб с противодействующей силой, которая, действуя через вал 1, должна бы нагрузить механические упоры 3, но этогоне произойдет, так как осевое смещение подвижного звена 4 относительно вала 1 не только изгибает вдоль оси упругие направляющие 5, но также смещает поетоянные магниты 6 и 7 относительно друг друга, которые, отталкиваясь, создадут осевую составляющую силу, равную силе противодействия упругих направляющих, и скомпенсируют ее. Предложенное устройство фактически рещает проблему создания трехосного подвеса тел на постоянных магнитах (не опровергая теоремы Ирищоу). Здесь основополагающим является то, что хотя предлагаемый опорный узел и нельзя отнести к бесконтактным магнитным подвесам (поскольку он имеет контакт хоть и не нагруженный) , приложенные к подвещиваемому телу внещние силы компенсируются магнитными силами постоянных магнитов все же бесконтактно - рабочих зазорах. Конструктивно такая магнитная система (с отрицательной осевой жесткостью) может быть и другой, например, она может состоять из трех магнитов, расположенных вдоль оси в ряд с осевыми зазорами и ориентированных в них на притяжение, при этом средний магнит может быть соединен с подвижным, звеном, а крайние с валом, или наоборот, и даже крайние магниты могут быть заменены ферромагнитными якорями. Главное, чтоб магнитная система обладала двусторонней осевой неустойчивостью или, как ее еще называют, отрицательной жесткостью, равной жесткости направляющих на упругих связях. Тогда эти жесткости будут взаимно уравновещены и подвижное звено будет перемещаться относительно вала без сопротивления, т. е. без сил противодействия, а следовательно, и без нагружения осевых механических упоров.

ОПОРНЫЙ МАГНИТНЫЙ УЗЕЛ, содержащий вал, смонтированный в корпусе при помощи радиальных магнитных подшипников и осевых механических упоров, а также смонтированное на валу подвижное звено, зафиксированное при помощи упорного магнитного подшипника, отличающийся тем, что, с целью увеличения ресурса работы и улучшения динамических характеристик, он снабжен компенсирующим устройством, размещенным между валом и упорным магнитным подшипником и выполненным из двух концентрично расположенных кольцевых постоянных магнитов, радиально намагниченных в противоположных направлениях, внешний магнит жестко закреплен в центральной части подвижного звена, а внутренний - на валу, подвижное звено соединено с валом при помощи по меньшей мере двух параллельных упругих пластин , установленных перпендикулярно оси вала, жестко соединенных с валом и с подвижным звеном. -